昆虫表达系统

释放到胞外
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病毒基因组的结构特点
➢ 病毒基因组大小相差较大,与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组 很小
➢ 病毒基因组可以由DNA组成，也可以由RNA组成
➢ 多数RNA病毒的基因组是由连续的核糖核酸链组成 ，病毒基 因组的大部分是用来编码蛋白质的 ，噬菌体（细胞病毒） 的基因是连续的；而真核细胞病毒的基因是不连续的 ，无内 含子
• 在杆状病毒所表达的一系列蛋白中,有一类蛋白具有较高的表达量,并且均为病毒基因组复制所
非必需, 其中最具代表性的有多角体蛋白与 P10蛋白, 均属于晚期表达的蛋白,受晚期启 动子的调从而提供了外源
DNA插入座位。
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➢ 部分载体具有宿主细胞特异性
➢ 识别受体 ➢ 假病毒颗粒
• 杆状病毒及其基因组模型
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昆虫杆状表达系统简介
• 杆状病毒是已知昆虫病毒中最大的类群 ,发现最早 、研
究最多且实用意义很大的昆虫病毒。20世纪80年代以来由
于杆状病毒表达载体系统（baculovirus expression vector system，BEVS）的建立 ,已被公认为是当今 基因工程四大表达系统之一 。该系统具有许多优点, 如多角体启动子控制下的高效表达 ,完善的转译后 加工修饰 ,较易从无血清培养上清中纯化的蛋白,无 内毒素污染等。 • 杆状病毒载体系统主要分为两大类,一类是用于表达单 个外源基因的载体,另一类是多元表达载体,用于插人 并表达2个或多个外源基因
871~ 881.
• （小鼠中枢神经系统）Sarkis C. , Serguera C. , Petres S. , Buchet D. ,Ridet J.L. et al.
J.Proc. Natl. Acad. A,2000,97(26):14638~14643.
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病毒复制（SV40示例）
• 以单纯疱疹病毒为例。（1） 病毒与细胞结合；（2）病毒 进入细胞，去包膜；（3） 脱壳；（4）病毒DNA进入细 胞核；（5）病毒基因组复制， 合成子代病毒及病毒mRNA；
（6）以病毒基因转录的 mRNA进入细胞质；（7）病
毒mRNA翻译病毒子代蛋白， 包括早期蛋白和晚期蛋白； （8）装配子代病毒；（9）出 核，同时披上包膜；（10）
➢ 克隆基因方法：转移载体→共转染→同源重组→空斑筛选→纯化 →重组病毒
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昆虫杆状病毒表达系统的分子基础
• 目前已知基因组全序列的杆状病毒有苜蓿丫纹夜蛾核型多角体病毒 (Ac MNPV)、 家蚕核多角体病毒(BmNPV)、 黄杉毒蛾多核衣壳核多角体病毒(OpMNPV)、 舞毒 蛾多核衣壳核多角体病毒( Ld MNPV)、 甜菜夜蛾多核衣壳核多角体病毒( Se MNPV)、 棉铃虫核型多角体病毒(HaNPV)以及斜纹夜蛾核型多角体病毒( SplM t NPV)
➢ 基因重叠即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分 子，病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因或rRNA的基
因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或 转录单元 ，多顺反子
➢ 除了反转录病毒以外，一切病毒基因组都是单倍体，每个基因在 病毒颗粒中只出现一次
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杆状病毒表达系统优点
➢容量大：能插入12kb的外源基因 ➢高表达：采用的polh基因启动子是目前所
知的最强的真核启动子；产物对宿主影响 小；产物可结晶 ➢高效：可同时表达多个基因 ➢安全：杆状病毒对脊椎动物无病原性 ➢具加工修饰功能：昆虫细胞属较高等真核 细胞 ➢家蚕表达系统中，家蚕易饲养
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构建真核表达系统_细胞必需表达元件
➢原核DNA序列 ➢启动子 ➢增强子 ➢拼接信号 ➢终止子和多聚腺苷化信号 ➢筛选标记 ➢动物病毒基因序列
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病毒载体优点
➢ 真核细胞可识别的启动子 ➢ 报告基因
➢ 感染周期，可持续复制
➢ 部分载体可整合入基因组
➢ 部分载体本身带有完整的 复制及表达元件
蛋白来满足病毒颗粒不同形式的组装。昆虫杆状病毒的基因表达共分为 4个时期: 极早 期、 早期、 晚期、 迟晚期。4个时期的基因一环扣一环,按时间先后, 以级联方式严 格制约。早期表达的基因有 ie- 1、 me53、 pe38、 ie- 2等, 晚期表达的基因有 vp39 、vp80、 polh、 p10等, 这些不同的基因所表达的蛋白各自具有不同的功能, 有些表达产物具有调控的功能, 而有些仅仅只具有结构蛋白的作用。
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杆状病毒_昆虫表达系统
➢ 杆状病毒基因组：闭环双链DNA，88-166kb
➢ 启动子：杆状病毒科核多角体病毒的多角蛋白强启动子
➢ 表达系统（两种）
➢ 杆状病毒表达系统（BEVS）
➢ 家蚕核型多角体病毒-家蚕表达系统
➢ 宿主：鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目、直翅目、脉翅目、 毛翅目的600多种昆虫
• 技术路线英文参考文献：CHRIS TOPHER D R. Baculovirus expression protocols [ M ] . Totowa: Humana Press Inc, 1995: 12-23.
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重组杆状病毒表达载体的构建
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杆状病毒表达系统的局限性
• 1.无法进行连续性（高）表达 • 2.糖基化方式与哺乳动物存在一定差异 • 3.糖侧链甘露糖的成分较高，而复合寡糖缺
乏 • 4.功能基因组学的研究仍然比较薄弱 • 5.有关病毒晚期的高表达和调控机制等仍不
够明了 • 6.酵母筛选系统比昆虫细胞重组介质相对更
有优势，重组病毒与原病毒的混合增加筛 选难度
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杆状病毒表达系统的部分改进
• 1.用病毒早期启动子与晚期启动子以及嵌合与修饰启动子，让杆状病毒系统持续表达 • 2.通过亲本病毒的线性化，非必需基因的缺失以增加外源基因表达途径来大大提高重组
病毒筛选效率与稳定性
• 3.杆状病毒穿梭载体bacmid（Baculovirus plasmid，杆状病毒质粒）的构 建，可被修饰并在原核细胞与真核细胞之间穿梭表达。 Bac-to-Bac system。这一方法利用了转座酶将外源基因转座到病毒基因组的特异性 位点, 重组后的病毒基因组现在被俗称为 Bacmid 。在 Bacmid中, 外源基 因被核多角体启动子控制, 并包含了不同的抗性基因及 LacZ缺失标记, 极 大地方便了重组病毒的筛选及鉴定。
➢ 不影响蛋白功能
➢ 可插入蛋白酶切位点
➢ 有利于研究蛋白功能
基因，以利于产生天
➢ 常用表位：6His；FLAG；
LZ等
然蛋白 ➢ 其他常规构建载体的
注意点
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基因导入的各种方法
➢ 光穿孔法：激光；悬浮细胞 ➢ 冲击波：活体局部的基因转移
➢ 基因枪法：即微粒轰击；动物细胞，更适用于植物细胞
SV40病毒
• 《SV40》(Simian vacuolating virus 40 or Simian virus
40)是猴空泡病毒40，猿猴病毒40或猴病毒40的缩写，
多瘤病毒科，这是在人类和猴子都发现的致瘤病毒。
SV40病毒的基因组是一种环形双链的DNA，基因组 5.2kb，病毒的直径45nm，病毒成熟部位细胞核，无被 膜，62个核壳粒亚单位，这种大小很适于基因操作。 同时它也是第一个完成基因组DNA全序列分析的动 物病毒。
昆虫表达系统
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真核表达系统的种类和常用载体
1.真核表达系统的种类 ➢ 酵母 ➢ 丝状真菌 ➢ 昆虫 ➢ 哺乳动物细胞 ➢ 转基因动物 ➢ 植物反应器
2.真核表达载体 质粒：真核表达元件
、真核抗性
病毒载体：改建后
SV40病毒 腺病毒 反转录病毒 痘苗病毒
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敌，不污染环境 • 4.基因治疗
• 最近几年来,杆状病毒在小鼠和大鼠肝骨骼肌和中枢神经系统的基因转移中取得成 功
• 基因治疗参考文献：
• （小鼠和大鼠肝）Hofmann C. ,Strauss M. Gene. Therapy, 1998,5(4): 531~536.
• （小鼠骨骼肌）Pieroni L. ,Maione D. ,La Monica. N. Hum. Gene Therapy, 2001,12(8):
➢ 穿孔法：脉冲电场；Cytomix缓冲液；70%细胞死亡时
效率最高
➢ 磷酸钙共沉淀法 ➢ 脂质体法：Lipofectin；阳离子 ➢ 抗体转染法：抗CD3，CD34或表面免疫求蛋白 ➢ 其他：超声波法；微注射法原生质体融合法；反转录
病毒感染法
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表达产物的检测技术
➢ Western印迹法——免疫学方法—— 抗原-抗体反应
表位标记与构建重组体注意事项
➢ 表位：抗原决定簇即抗原分子 ➢ 使用常用密码子
于一特定抗体结合的化学基团， 一般由少至几个氨基酸的多肽
➢
注意克隆位点（限制
组成
性酶切位点）相符
➢ 用于重组DNA技术的示踪、 分析、纯化（亲和）
➢ 5`端加上起始密码子
➢ 优点
ATG
➢ 用一种抗体可鉴别不同重组蛋 白
➢ 3`端加上终止密码子
杆状病毒表达系统的应用
• 1，基础研究 • 如为功能基因组学研究提供种类繁多、数量庞大的蛋白
• 2.开发医用疫苗和药物
• HIV疫苗的研究与开发，禽流感病毒疫苗生产；家蚕宿主BEVS生产重组多态药物，或生产鱼疫苗 再用蚕蛹饲喂鱼，改善鱼类的食用品质
• 3.农业生物杀虫剂 • 家蚕重组NPV（核多角体病毒）用作生物杀虫剂的突出优点是对人体安全，不伤害害虫的天
➢ 荧光显微镜法——表位标记的抗体与
直接抗体进行荧光标记——免疫学 方法
• Western印迹法 ➢ 蛋白样品制备→ SDS-PAGE（按分子
量大小）→电转移→一抗（特异性） →二抗→显色
➢ 敏感度：1-5ng
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杆状病毒-昆虫表达系统技术路线
• BEVS通常由转移载体、亲本病毒和重组介质三部分组成,其技术 路线分以下几步:先将外源片段克隆到载体质粒中, 置于杆状病毒启 动子控制之下, 上下游各有一段与亲本病毒DNA 相匹配的侧翼序 列, 构建成转移载体; 然后把转移载体和野生型病毒共转染入昆虫 细胞,通过同源重组将外源片段插入到病毒基因组,再以特定的筛选 标记和方法获得重组病毒。由于病毒原来的非必需区段被外源片 段取代, 当重组病毒在受体细胞内复制时,外源片段也得到了表达。 最后空斑纯化重组病毒, 扩大培养,分离、 纯化所表达的外源蛋白 。
• 杆状病毒在其生活史中共有两种形式的表型存在,在感染的初期( 0~ 24h), 主要以细胞释放型病毒粒 子( cell-released virus , CRV)为主, 也称为胞外型病毒( extracel lular vir us , ECV)或出芽型病毒 (
Budded vir us , BV); 在感染的晚期主要以包埋型病毒( occlude d vir us , OV)的形式存在。 杆状病毒的这两种表型的形态、 蛋白组成、 病毒囊膜的来源、 感染组织特异性以及病 毒入侵宿主细胞的方式都不相同。 • 由于两种表型的病毒在结构组成上的差异, 所以杆状病毒在不同的时期需要表达不同类型的
而真核细胞病毒的基因是不连续的无内含子基因重叠即同一段dna片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子病毒基因组dna序列中功能上相关的蛋白质的基因或rrna的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位形成一个功能单位或转录单元多顺反子除了反转录病毒以外一切病毒基因组都是单倍体每个基因在病毒颗粒中只出现一次构建真核表达系统细胞必需表达元件原核dna序列启动子增强子拼接信号终止子和多聚腺苷化信号筛选标记动物病毒基因序列病毒载体优点真核细胞可识别的启动子报告基因感染周期可持续复制部分载体可整合入基因组部分载体本身带有完整的复制及表达元件部分载体具有宿主细胞特异性识别受体假病毒颗粒杆状病毒及其基因组模型昆虫杆状表达系统简介杆状病毒是已知昆虫病毒中最大的类群发现最早研究最多且实用意义很大的昆虫病毒
• 4.病毒滴度测定方法的改进，传统的病毒滴度测定方法是利用噬菌斑试验, 这一方法极 为突出的缺点是所需时间较长，报告蛋白来进行滴度的测定, 如绿色荧光蛋白及半乳糖 苷酶等。这些方法共有的缺点是需要额外表达一个蛋白。用western印迹法，荧光显微 镜法
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